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数字存储示波器900MHz模拟通道设计

作　者: 张轶骏
导　师: 王厚军
学　校: 电子科技大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 模拟通道数字步进衰减器分频器信号完整性
分类号: TM935.37
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 167次
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内容摘要

科学技术的发展离不开测试手段的变革。数字存储示波器作为通用的测量仪器,在各领域的测试中起着不可替代的作用。模拟通道设计是整个数字存储示波器设计的重要组成部分,其带宽是评价示波器性能的主要指标之一。相比于国外的成熟技术,国内数字存储示波器领域在模拟通道的设计中存在着很大的差距,因此自主研发高带宽的模拟通道技术显得尤为重要。本文首先介绍了数字存储示波器的国外和国内发展现状,根据本课题模拟通道的设计指标,分析讨论了900MHz模拟通道设计的主要难点,给出了具体实现方案,进行了测试,关键指标达到了设计要求,具体内容包括:1.模拟通道的整体设计方案。分别分析了三种不同实现方案,选定了最优方案,给出了模拟通道、触发通道等模块的控制方法,并提出信号完整性问题。2.模拟信号调理通道的详细设计。针对传统示波器模拟通道设计中的不足,提出了一种数字步进衰减器和固定增益放大器级联的结构实现。然后根据本通道的设计要求,进行器件的选型和具体电路设计。结合数字步进衰减器随温度变化出现较大增益误差问题,提出了一种温度补偿方法来实现校正处理。3.触发通道和通道控制模块的详细设计。针对现有多路选择器无法满足本设计高频段工作的不足,提出了一种以高速开关构建多路选择器的电路方案,来实现触发源信号的选择问题。同时设计了分频电路来对高频触发脉冲进行降频处理,满足FPGA的输入要求实现触发功能。给出了一种可以支持高清视频制式的视频触发电路。4.信号完整性的问题。本文分析了影响信号完整的因素,并针对各种因素提出了抗干扰措施。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章引言  10-14
  1.1 数字存储示波器原理及其特点  10-12
  1.2 数字存储示波器的发展概况  12
  1.3 主要指标及本论文主要任务  12-14
第二章宽带模拟通道整体设计方案  14-18
  2.1 宽带模拟通道整体设计方案  14-15
  2.2 模拟信号调理通道  15-16
  2.3 触发通道  16-17
  2.4 通道控制模块  17
  2.5 信号完整性分析和抗干扰设计  17-18
第三章模拟信号调理通道设计与实现  18-45
  3.1 设计方案的选择比较  18-21
  3.2 直通/无源衰减网络  21-23
  3.3 阻抗变换网络  23-30
    3.3.1 主要器件介绍及其选型  24-26
      3.3.1.1 双极性三极管  24-25
      3.3.1.2 场效应管  25
      3.3.1.3 运算放大器  25-26
    3.3.2 输入阻抗和输出阻抗  26-28
    3.3.3 交流和直流通路设计  28-30
  3.4 数字步进衰减器和固定增益放大器及温度补偿方法  30-38
    3.4.1 数字步进衰减器  30-35
    3.4.2 固定增益放大器  35-36
    3.4.3 温度补偿方法  36-38
  3.5 高速运算放大器和 ADC 介绍  38-45
    3.5.1 高速运算放大器  38-43
      3.5.1.1 高速运算放大器介绍  38-39
      3.5.1.2 高速运算放大器级联  39-40
      3.5.1.3 高速运算放大器匹配  40-41
      3.5.1.4 高速运算放大器设计  41-43
    3.5.2 模数转换器（ADC）  43-45
第四章触发通道整体详细设计  45-63
  4.1 触发的基本概念  45-46
  4.2 触发通道的整体设计  46-48
  4.3 触发信号调理通道的详细设计  48-49
  4.4 多路选择电路的详细设计  49-52
    4.4.1 二级高速开关结构  50-51
    4.4.2 增益放大及选择器  51-52
  4.5 视频触发电路设计  52-56
    4.5.1 视频信号制式介绍  52-53
    4.5.2 视频同步信号分离器  53-54
    4.5.3 视频触发电路  54-56
  4.6 高速比较器和高速分频电路  56-63
    4.6.1 高速比较器  57-60
    4.6.2 高速分频电路  60-63
第五章通道的控制电路  63-68
  5.1 通道的状态控制电路  63-64
  5.2 电平调节电路设计  64-68
    5.2.1 信号调理通道偏移电路的实现  65-67
    5.2.2 触发电平和其他电平调节电路的实现  67-68
第六章信号完整性和系统优化设计  68-73
  6.1 信号完整性分析  68-69
  6.2 信号完整性的优化设计  69-73
    6.2.1 电源抗干扰设计  69-70
    6.2.2 电磁抗干扰设计  70-71
    6.2.3 减小反射和串扰抗干扰的设计  71
    6.2.4 减小噪声的抗干扰设计  71-72
    6.2.5 PCB 电路材料的选取  72-73
第七章模拟通道的调试及其验证  73-78
  7.1 数据采集系统的准备  73-74
    7.1.1 FPGA 的调试  73
    7.1.2 DSP 的调试  73-74
    7.1.3 ADC 的调试  74
  7.2 模拟通道的调试  74-78
    7.2.1 模拟信号调理通道的调试  74-75
    7.2.2 触发通道的调试  75-76
    7.2.3 温度补偿的调试  76-78
结束语  78-79
致谢  79-80
参考文献  80-81
攻硕期间取得的研究成果  81-82

数字存储示波器900MHz模拟通道设计

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